CN115585403A - 多维度监控埋地天然气管道的安全预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多维度监控埋地天然气管道的安全预警系统，属于埋地天然气管道防护技术领域，采用地质灾害预警模块、管道检测预警模块、光纤检测预警模块及卫星探测预警模块得到的所有的破坏风险点的位置、风险等级及其所处的路径片区，经由无人机探测预警模块对所有破坏风险点逐一验证，最终判定天然气管道在某一位置的破坏风险点及其等级，发出对应破坏风险预警信号，实现对多维度监控埋地天然气管道的安全预警监测。本发明从太空、天上、地面、地下、管道监测天然气管道安全风险隐患，将各技术集成优化整合到空天地监控和预警防护系统，提高其适用性并推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及埋地天然气管道防护技术领域，特别是一种多维度监控埋地天然气管道的安全预警系统。
背景技术
针对台风暴雨、高温高湿高盐分、洪涝灾害、塌方、泥石流、山体滑坡、烈日暴晒山林火灾以及第三方破坏等，将对规划路线下埋地天然气管道造成损坏风险，主要是管道沿线环境结构对管道本体的破坏，因高温高湿高盐分等会腐蚀管道本体、导致管道破损甚至泄漏，因管道周边外力因素如地震、山体滑坡、泥石流等导致管道移位错断破裂，因管道施工过程中焊接问题、保护层破损等问题导致管道本体质量受损，因管道周边第三方施工如挖掘机作业破坏、车辆碾压管道上方土方造成塌陷等导致管道破裂，因此，需要对以上种种可能导致天然气管道受损或破裂的情况进行高效的隐患排查和监控，及时发现风险，以便避免天然气管道发生泄漏火灾爆炸事故。
发明内容
本发明的发明目的是，针对上述问题，提供一种多维度监控埋地天然气管道的安全预警系统，可以预判天然气管道面临的周边风险状况，对破坏风险隐患进行监控，并对可能发生的危害及时作出预警，以便于指导人员物资后续对管道的维护抢修。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
多维度监控埋地天然气管道的安全预警系统，包括以下内容：
管道路径构建模块：用于获取埋地天然气管道路径走向及管道沿线埋管深度、管道壁厚初始值，接入地理信息系统，获取天然气管道沿线的地质灾害区，并将天然气管道路径分成若干路径片区；
地质灾害预警模块：用于监测天然气管道沿线各个地质灾害区天气状况，分析获得各个地质灾害区的雨量值，若是某一位置的雨量值大于等于预设阈值则判定为自然灾害破坏风险点，并以该预设阈值大小区域值分级成一级和二级自然灾害破坏风险等级，发出自然灾害破坏风险预警信号；
管道检测预警模块：用于检测获得天然气管道各个位置的应力受力实时值，将其与受力风险预设阈值比对，若某一位置的应力受力实时值大于等于受力风险预设阈值则判定为外力破坏风险点，并以该预设阈值大小区域值分级成一级和二级外力破坏风险等级，发出外力破坏风险预警信号；
光纤检测预警模块：用于利用光纤检测获得天然气管道各个位置的应力受力实时值及震动实时值；将应力受力实时值与受力风险预设阈值比对，若某一位置的应力受力实时值大于等于受力风险预设阈值则判定为外力破坏风险点，并以该预设阈值大小区域值分级成一级和二级外力破坏风险点，发出外力破坏风险预警信号；将震动实时值与震动风险预设阈值比对，若某一位置的震动实时值大于等于震动风险预设阈值则判定为外力破坏风险点，并以该预设阈值大小区域值分级成一级和二级外力破坏风险等级，发出外力破坏风险预警信号；
卫星探测预警模块：用于利用遥感卫星探测天然气管道沿线周边的地形环境信息，分析获得管道各个位置的包括植被变化和地上人造物范围变化的地形环境变化幅度值，若是某一位置的地形环境变化幅度值大于等于预设阈值则判定为外力破坏风险点，并以该预设阈值大小区域值分级成一级和二级外力破坏风险等级，发出外力破坏风险预警信号；
无人机探测预警模块：用于规划无人机驻点及其所负责路径片区；获取地质灾害预警模块、管道检测预警模块、光纤检测预警模块及卫星探测预警模块所得到的所有的破坏风险点的位置、风险等级及其所处的路径片区，据此得到每个路径片区的各个破坏风险点的风险等级排序，其中破坏风险点包括外力破坏风险点和自然灾害破坏风险点；规划所处路径片区的无人机驻点的某一无人机所要负责巡查的破坏风险点，以该无人机所要负责巡查的破坏风险点的风险等级排序前后规划巡航路线；控制无人机按该巡航路线侦测破坏风险点，对所有破坏风险点逐一验证，获取巡航过程中沿途的录音信息及摄像信息；
预警裁定模块：用于根据无人机得到的录音信息及摄像信息，分析得到经验证破坏风险点及其风险等级，最终判定天然气管道在该位置的破坏风险点及其等级，发出对应破坏风险预警信号。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1.本发明采用地质灾害预警模块、管道检测预警模块、光纤检测预警模块及卫星探测预警模块得到的所有的破坏风险点的位置、风险等级及其所处的路径片区，经由无人机探测预警模块对所有破坏风险点逐一验证，最终判定天然气管道在某一位置的破坏风险点及其等级，发出对应破坏风险预警信号，实现对多维度监控埋地天然气管道的安全预警监测。从太空、天上、地面、地下、管道监测天然气管道安全风险隐患，将各技术集成优化整合到空天地监控和预警防护系统，并提高其自动化智能化，提高其适用性并推广应用。
2.本发明通过遥感卫星、无人机、感应光纤等多技术手段，对管道沿线周边的环境监控，包括对地质灾害，如水流冲刷导致塌方、暴雨泥石流、山体滑坡及高温高热山体崩裂等对管道的破坏影响，以及人为地上物，如施工设备、堆积厂等，能及时感应风险，并及时发出预警，有利于及时消除风险隐患及抢险救灾。
3.本发明通过无人机监控，可以抵近侦察确认管道沿线周边的破坏作用及状况，以便准确发现及确认风险，有利于指导后续的人员物资到现场维护或抢修等作业。
4.本发明通过对管道运行本体的感应监控，可以实时了解管道腐蚀状况、管道壁厚状况、管道变形等状况，有利于及时判断管道是否爆裂风险需要维护维修及更换，确保管道正常运行。
附图说明
图1是本发明的系统框图。
具体实施方式
以下结合附图对发明的具体实施进一步说明。
实施例1
如图1所示，本实施例1的多维度监控埋地天然气管道的安全预警系统，包括以下内容：
管道路径构建模块：用于获取埋地天然气管道路径走向及管道沿线埋管深度、管道壁厚初始值，接入地理信息系统，获取天然气管道沿线的地质灾害区，并将天然气管道路径分成若干路径片区。通过地理信息系统GIS收集管道沿线周边环境数据信息，可以包括管道周边土壤地质基础信息和状态、海拔高度、经纬度、埋管深度，用于判断管道沿线周边发生泥石流、山体滑坡、塌方等风险评估，包括沿线周边所处地理环境的气候条件，山林，水田，沟渠，河流等状况。
地质灾害预警模块：用于监测天然气管道沿线各个地质灾害区天气状况，分析获得各个地质灾害区的雨量值，若是某一位置的雨量值大于等于预设阈值则判定为自然灾害破坏风险点，并以该预设阈值大小区域值分级成一级和二级自然灾害破坏风险等级，发出自然灾害破坏风险预警信号。通过在地质灾害区布置传感器检测下雨量，再利用接收的下雨量值及持续时间分析该地质灾害区可能发生泥石流、山体滑坡等自然灾害；例如某一时段暴雨量严重超过其预设暴雨阈值，使得地质灾害区很可能会发生泥石流、山体滑坡等；再如超过某一预设大雨阈值的大雨量持续时间超过预设时间阈值，使得地质灾害区很可能会发生泥石流、山体滑坡等。
管道检测预警模块：用于检测获得天然气管道各个位置的应力受力实时值，将其与受力风险预设阈值比对，若某一位置的应力受力实时值大于等于受力风险预设阈值则判定为外力破坏风险点，并以该预设阈值大小区域值分级成一级和二级外力破坏风险等级，发出外力破坏风险预警信号。用于感应管道的应力变化，特别是管道沿线地质应力或震动的变化，用于感应泥石流、山体滑坡、车辆碾压、挖掘机作业等对管道的破坏影响，设定一定的感应力阈值，一旦到达或超过阈值，即发生警报，可派遣无人机抵近侦察摄像并发回实际视频状况。
光纤检测预警模块：用于利用光纤检测获得天然气管道各个位置的应力受力实时值及震动实时值；将应力受力实时值与受力风险预设阈值比对，若某一位置的应力受力实时值大于等于受力风险预设阈值则判定为外力破坏风险点，并以该预设阈值大小区域值分级成一级和二级外力破坏风险点，发出外力破坏风险预警信号；将震动实时值与震动风险预设阈值比对，若某一位置的震动实时值大于等于震动风险预设阈值则判定为外力破坏风险点，并以该预设阈值大小区域值分级成一级和二级外力破坏风险等级，发出外力破坏风险预警信号。光纤预警系统主要是沿着管道沿线铺设，用于感应和监控管道周边的应力变化，特别是管道沿线地质应力或震动的变化，用于感应水流冲刷、泥石流、山体滑坡、车辆碾压、挖掘机作业等对管道的破坏影响，设定一定的感应力阈值，一旦到达或超过阈值，即发生警报，可派遣无人机抵近侦察摄像并发回实际视频状况。
卫星探测预警模块：用于利用遥感卫星探测天然气管道沿线周边的地形环境信息，分析获得管道各个位置的包括植被变化和地上人造物范围变化的地形环境变化幅度值，若是某一位置的地形环境变化幅度值大于等于预设阈值则判定为外力破坏风险点，并以该预设阈值大小区域值分级成一级和二级外力破坏风险等级，发出外力破坏风险预警信号。卫星遥感可以探测到管道沿线周边环境的动态变化，利用图像对比技术可以得到变化幅度，比如深圳垃圾填埋场扩大导致滑坡造成旁边管道破裂，比如暴雨降雨量的大小和持续时长导致泥石流、山体滑坡对管道造成的冲刷破损影响，比如山林火灾对管道的影响，比如管道周边的大型施工等第三方破坏，总之，管道沿线周边的明显动态变化会对管道产生不利影响的，均可以通过遥感卫星监控得到实时状态，及时发出预警。
无人机探测预警模块：用于规划无人机驻点及其所负责路径片区；获取地质灾害预警模块、管道检测预警模块、光纤检测预警模块及卫星探测预警模块所得到的所有的破坏风险点的位置、风险等级及其所处的路径片区，据此得到每个路径片区的各个破坏风险点的风险等级排序，其中破坏风险点包括外力破坏风险点和自然灾害破坏风险点；规划所处路径片区的无人机驻点的某一无人机所要负责巡查的破坏风险点，以该无人机所要负责巡查的破坏风险点的风险等级排序前后规划巡航路线；控制无人机按该巡航路线侦测破坏风险点，对所有破坏风险点逐一验证，获取巡航过程中沿途的录音信息及摄像信息。无人机预置有路径信息，可沿着管道沿线日常例行巡查，也可以对管道沿线周边的施工进行监控，或者发生危害事故(破坏风险)预警时候抵近侦察，通过声音收集、录音、摄影等进一步确认，从而可以远程判断风险状况，例如识别山体滑坡前期土表松动或裂开等图片或影像以判定为有山体滑坡破坏风险(自然灾害破坏风险之一)，以便下一步安排人员物资到现场维护或抢修。
预警裁定模块：用于根据无人机得到的录音信息及摄像信息，分析得到经验证破坏风险点及其风险等级，最终判定天然气管道在该位置的破坏风险点及其等级，发出对应破坏风险预警信号。
其中，一级自然灾害破坏风险等级低于二级自然灾害破坏风险等级；一级外力破坏风险等级低于二级外力破坏风险等级；而且对应于每一种破坏风险等级设置相应的破坏风险预警信号。
如上述，采用地质灾害预警模块、管道检测预警模块、光纤检测预警模块及卫星探测预警模块得到的所有的破坏风险点的位置、风险等级及其所处的路径片区，经由无人机探测预警模块对所有破坏风险点逐一验证，最终判定天然气管道在某一位置的破坏风险点及其等级，发出对应破坏风险预警信号，实现对多维度监控埋地天然气管道的安全预警监测。
实施例2
在前述实施例1基础上，本实施例2进一步改进如下：
参见图1，本实施例2的多维度监控埋地天然气管道的安全预警系统，该管道检测预警模块还用于检测获得天然气管道各个位置的腐蚀电流密度值，再根据管道壁厚初始值及近30 日腐蚀电流密度值分析得到各个位置管道壁厚变化曲线，据此分析得到各个位置管道壁厚在往后一定时日的预设时日值；检测获得天然气管道内各个位置的压力值，再根据近300日往期最大压力值计算得到各个位置的管道壁厚安全值；然后，将该位置管道壁厚安全值与预设时日值进行比对，若某一位置的管道壁厚安全值小于等于预设时日值则判定为爆裂风险点，并以该预设时日值大小区域值分级成一级和二级爆裂风险等级，发出爆裂风险预警信号。一般可以在管道本体上预置传感器监测管道内流体流动压力、流量、温度等，还可以监测腐蚀电流密度，监测管道应力受力值，监测管道壁厚等状况，比如管道腐蚀电流密度和管道壁厚的动态变化，可以预判管道腐蚀严重状况，到一定程度及时更换，以免管道破裂导致火灾爆炸事故。
具体分级示例如下：管道检测预警模块的预设时日值为30日值及300日值，其爆裂风险等级分级如下：将该位置管道壁厚安全值与300日值进行比对，若某一位置的管道壁厚安全值小于等于300日值则判定为300日爆裂风险点，属于一级爆裂风险，发出一级爆裂风险预警信号；将该位置管道壁厚安全值与30日值进行比对，若某一位置的管道壁厚安全值小于等于30日值则判定为30日爆裂风险点，属于二级爆裂风险(高于一级爆裂风险)，发出二级爆裂风险预警信号。管道周边恶劣环境会对其腐蚀，提前预估管道腐蚀状况，以便提前计划对其进行更换，在长期时长确定修为或更换计划之后，还可能存在短时间内由于环境恶化影响急剧腐蚀，因此设置一短期时长，在实际监测过程中，可根据需要将预设时日值分为60日值及300日值等组合进行替换；且，每次腐蚀电流密度检测时间间隔可以相对较长(相对于前述光纤检测预警模块等)，如每日进行一次腐蚀电流密度值检测。
如上述，通过多层分级爆裂预警风险，可以预判管道腐蚀严重状况，到一定程度及时更换，确保管道能够使用到适合各个位置环境的时长，以免管道某一位置破裂导致火灾爆炸事故。该预警系统具有如下优点：
(1)太空中，应用北斗精确定位天然气管道的路径走向，为后续无人机巡航、地面车载和人工或智能机器人巡检系统提供路线规划优化。应用卫星遥感探测对埋地天然气管道具有危害的周边环境的动态变化及其演化预判，可以根据下雨量大小及持续时长等判定泥石流、山体滑坡、塌方等宏观较大的危害，提高判定准确率，以便提前防护。
(2)天上，采用无人机巡航路线自优化规划、无人机中间站自动充电的优化布局及续航能力提升技术，研究提高无人机抵近侦察的精确识别能力、风险判定的精确度和准确率。
(3)地面，无人机或人工巡检发现挖掘机作业或者大型重型车辆碾压在埋地管道上方，可能导致塌陷、塌方等，据此预判危害管道受损破裂风险。
(4)地下，监测天然气管道光纤预警系统测形变、震动等来发现反映周边环境(水流冲刷、挖掘机作业、车辆碾压等破坏作用)，据此预判对天然气管道的危害，提高预警精确度和准确率。
(5)天然气管道本体监控，监测天然气管道运行参数对管道本体的冲蚀、腐蚀影响，研究天然气管道所处环境(高温高潮湿高盐分等)对管道腐蚀破坏影响规律等，据此分析判定当前状态管道在当前运行参数及所处环境下的风险等级。
需要指出的是，上述实施例的实例可以根据实际需要优选一个或两个以上相互组合，而多个实例采用一套组合技术特征的附图说明，在此就不一一展开说明。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明和例证，但这些描述并非用以限定本发明所要求保护范围，凡本发明所提示的技术教导下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利保护范围。
Claims (3)
1.一种多维度监控埋地天然气管道的安全预警系统，其特征在于，包括以下内容：
管道路径构建模块：用于获取埋地天然气管道路径走向及管道沿线埋管深度、管道壁厚初始值，接入地理信息系统，获取天然气管道沿线的地质灾害区，并将天然气管道路径分成若干路径片区；
地质灾害预警模块：用于监测天然气管道沿线各个地质灾害区天气状况，分析获得各个地质灾害区的雨量值，若是某一位置的雨量值大于等于预设阈值则判定为自然灾害破坏风险点，并以该预设阈值大小区域值分级成一级和二级自然灾害破坏风险等级，发出自然灾害破坏风险预警信号；
管道检测预警模块：用于检测获得天然气管道各个位置的应力受力实时值，将其与受力风险预设阈值比对，若某一位置的应力受力实时值大于等于受力风险预设阈值则判定为外力破坏风险点，并以该预设阈值大小区域值分级成一级和二级外力破坏风险等级，发出外力破坏风险预警信号；
光纤检测预警模块：用于利用光纤检测获得天然气管道各个位置的应力受力实时值及震动实时值；将应力受力实时值与受力风险预设阈值比对，若某一位置的应力受力实时值大于等于受力风险预设阈值则判定为外力破坏风险点，并以该预设阈值大小区域值分级成一级和二级外力破坏风险点，发出外力破坏风险预警信号；将震动实时值与震动风险预设阈值比对，若某一位置的震动实时值大于等于震动风险预设阈值则判定为外力破坏风险点，并以该预设阈值大小区域值分级成一级和二级外力破坏风险等级，发出外力破坏风险预警信号；
卫星探测预警模块：用于利用遥感卫星探测天然气管道沿线周边的地形环境信息，分析获得管道各个位置的包括植被变化和地上人造物范围变化的地形环境变化幅度值，若是某一位置的地形环境变化幅度值大于等于预设阈值则判定为外力破坏风险点，并以该预设阈值大小区域值分级成一级和二级外力破坏风险等级，发出外力破坏风险预警信号；
无人机探测预警模块：用于规划无人机驻点及其所负责路径片区；获取地质灾害预警模块、管道检测预警模块、光纤检测预警模块及卫星探测预警模块所得到的所有的破坏风险点的位置、风险等级及其所处的路径片区，据此得到每个路径片区的各个破坏风险点的风险等级排序，其中破坏风险点包括外力破坏风险点和自然灾害破坏风险点；规划所处路径片区的无人机驻点的某一无人机所要负责巡查的破坏风险点，以该无人机所要负责巡查的破坏风险点的风险等级排序前后规划巡航路线；控制无人机按该巡航路线侦测破坏风险点，对所有破坏风险点逐一验证，获取巡航过程中沿途的录音信息及摄像信息；
预警裁定模块：用于根据无人机得到的录音信息及摄像信息，分析得到经验证破坏风险点及其风险等级，最终判定天然气管道在该位置的破坏风险点及其等级，发出对应破坏风险预警信号。
2.根据权利要求1所述的多维度监控埋地天然气管道的安全预警系统，其特征在于：所述管道检测预警模块还用于检测获得天然气管道各个位置的腐蚀电流密度值，再根据管道壁厚初始值及近30日腐蚀电流密度值分析得到各个位置管道壁厚变化曲线，据此分析得到各个位置管道壁厚在往后一定时日的预设时日值；检测获得天然气管道内各个位置的压力值，再根据近300日往期最大压力值计算得到各个位置的管道壁厚安全值；然后，将该位置管道壁厚安全值与预设时日值进行比对，若某一位置的管道壁厚安全值小于等于预设时日值则判定为爆裂风险点，并以该预设时日值大小区域值分级成一级和二级爆裂风险等级，发出爆裂风险预警信号。
3.根据权利要求2所述的多维度监控埋地天然气管道的安全预警系统，其特征在于：所述管道检测预警模块的预设时日值为30日值及300日值，其爆裂风险等级分级如下：将该位置管道壁厚安全值与300日值进行比对，若某一位置的管道壁厚安全值小于等于300日值则判定为300日爆裂风险点，属于一级爆裂风险，发出一级爆裂风险预警信号；将该位置管道壁厚安全值与30日值进行比对，若某一位置的管道壁厚安全值小于等于30日值则判定为30日爆裂风险点，属于二级爆裂风险，发出二级爆裂风险预警信号。
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